摘要：海洋测绘作为测绘科学与技术的一个分支，主要是以占地球表面积７１％的海洋及陆地水域的江河湖泊为研究对象，其研究内容涉及海洋和陆地水域及其邻近陆地与地理空间分布有关的几何、物理、人文及随时间变化的信息的获取、处理、管理、表示和利用。海洋测量是海洋测绘的重要组成部分，主要包括海洋大地测量、海道测量、海底地形测量、海岸地形测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋工程测量等。随着卫星定位技术、遥测遥感技术、计算机技术、传感器技术的发展，海洋测量也发生了深刻的变革。其表现出的学科拓展性与交融性、信息源的融合性、数据挖掘的深刻性、应用服务的普适性等特征都得到了充分体现。在测量信息的获取和处理、测量设备的研发、新技术新方法的应用等多个方面都取得了显著的进展。
关键词：海洋；测量技术；展望
1海洋测量学科拓展与交叉融合发展
1.1学科研究内容的拓展
1.1.1从传统的海道测量学到现代的海洋测量学
海道测量学科的发展已有一百多年的历史，而海道测量活动则可追溯到更为久远的历史。随着测量仪器、测量内容和测量方法的变革，从２０世纪以来，在海道测量学科的基础上，又出现了海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋大地测量、海洋遥感测量等，已经逐渐发展为海洋测量学科。专门以航海为应用目的，涉及测量和描述地球表面可通航区域及其毗邻的沿海区域自然特征的一门应用科学。在国内，大家对海道测量和海洋测量的认识也渐趋一致。一般认为海道测量是海洋测量的组成部分。海道测量是对海洋和江河、湖泊水下地貌及其附近陆地地形所进行的测量与调查的理论与技术。获取的数据主要用于编制航海图、发布航海参考资料、提供水域基础地理信息，主要目的是保证船舶安全与高效率航行。比较而言，在海道测量基础上发展起来的海洋测量，其内涵要比海道测量广得多。海洋测量是对海洋和江河、湖泊及其沿岸地带进行测量的理论、技术和方法。海洋测量按研究内容和任务可分为海洋大地测量、海道测量、海底地形测量、海岸地形测量、海洋重力测量、海洋磁力测量、海洋工程测量和海洋遥感测量等。
1.1.2从狭义的海洋大地测量到广义的海洋大地测量
大地测量学历史悠久，内容丰富，是研究和确定地球的形状、大小、重力场、整体与局部运动和地球表面点的几何位置以及它们的变化的理论和技术的学科。而海洋大地测量作为陆地大地测量在海洋区域的扩展，其研究内容不再局限于狭义的建立海洋大地控制网（点），测定平均海面、海面地形和大地水准面等，而是渐渐融入了更多的陆地大地测量的研究内容。在陆地上，大地测量包括椭球面大地测量、物理大地测量、空间大地测量、卫星大地测量、动力大地测量、行星大地测量等。在海洋上，除了传统的海洋大地测量研究的内容外，随着海洋重力测量手段的多样化、垂直基准的建立，建立海洋大地控制网方法的发展以及海底长期观测网的建立等，同样包括了物理大地测量、空间大地测量、动力大地测量的研究内容。这些内容已经超出狭义的海洋大地测量所包含的范围，渐渐发展为广义的海洋大地测量。
1.2学科交叉融合发展
1.2.1海洋测量与海洋调查
海洋测量与海洋调查虽然分属于不同的学科，但在仪器设备、测量要素、作业方法、数据处理和成果应用等方面，有着许多的共同点。尤其在海底地形测量、海底底质探测和海洋重磁测量等方面，技术方法、测量要素、数据处理和成果形式等趋同性很强，体现了两个学科之间的交融性正在增强。当然，尽管有着这种学科交叉的特点，但两者的区别还是明显的。海洋测量主要是对海洋地理空间要素的测量和处理，对海洋化学、海洋生物、海洋光学等不进行调查。海底地形测量比例尺范围为１∶２０００～１∶５０万，测量成果事关舰船航行安全，测量精确度和精密程度要求较高。海洋重磁测量成果主要用于海洋测量基准确定和军事保障目的，因此对测量成果的精细度和可靠性精度更高。海洋调查主要是对海洋环境要素进行调查，不涉及海岸地形测量、沿岸水深测量、海洋大地测量等内容。海底地形调查比例尺范围为１∶１０万～１∶１００万，调查成果主要服务于海洋资源勘查和海洋科学研究，只为编制舰船航行图件提供参考信息，调查精确度和精细程度要求相对较低。同样，海洋重磁调查成果也主要服务于海洋资源勘查和海洋科学研究，只为确定海洋测量基准和保障军事应用提供参考信息，因此要求的调查精度较低。
1.2.2海洋测量与海洋地质调查
海洋地质调查本身就具有两个学科交融的特点，其既有海洋学科的特点，又有地质学的特点。海洋测量过去仅对水深在１００ｍ以内的海区进行海底表层底质探测。随着海洋测量成果应用领域的拓展，海洋测量的探测要素不再局限于海底底质，而是向海底地质调查的内容靠近。所用的仪器设备、作业方法和探测要素基本相同，但由于应用目的不同，海洋测量对样品的分析和底质分类的精细程度要求较低。
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2海底地形与海岸地形测量技术的进展
2.1海底地形地貌立体测量体系基本形成
采用船载方式实施海洋测量一直是海洋地理空间信息获取的主要方式。传统的点线式海底地形测量模式已发展成面状的全覆盖作业模式。随着机载激光测深系统的应用，这种高精度高效率的机载水深测量作业方式在浅于５０ｍ的水域已成为多波束水深测量手段的重要补充。利用大量的卫星测高数据可以在全球海域结合船载水深测量数据对海底地形地貌进行反演，相对精度可优于反演水深的７％。可见光遥感和微波遥感也是水深反演的一种手段。航空摄影和遥感技术作为传统的实地测量的补充已成为海岸带地形测量的常规手段。水下隐蔽式测量手段正在建设中。船载和机载的水陆一体化测量技术已经得到应用。这些航天、航空、地面、水面、水下五位一体的测量手段标志着全要素多平台的海洋测量体系已初步形成。
2.2水陆一体化测量技术得到应用
海底地形测量和海岸地形测量在传统的海洋测量中是分开实施的。前者采用船载方式实施，后者采用人工实地测量或摄影遥感的方式实施。随着激光三维扫描仪的出现，利用船载方式，通过搭载多波束测深仪（或单波束测深仪）、ＧＮＳＳ接收机、激光三维扫描仪、姿态传感器等设备，就可以在岸线附近同时实施海底地形测量和海岸地形测量，实现水陆一体化无缝测量。同样，利用具有海岸地形测量功能的机载激光测深系统也可以实现岸线附近的水陆一体化无缝测量，目前该技术已经成熟。国产的机载测深激光雷达在国家科技部重大仪器专项的支持下年内即可问世。利用气垫船开展大面积浅滩地形测量的试验取得了较好的成果，这对于船只因吃水问题无法驶入和滩涂面积大而人工实测困难的大面积滩涂地区的地形测量无疑提供了一种有效的解决途径。
2.3具有自主知识产权的浅水多波束测深系统已经研制成功
多年来，无论是深水还是浅水多波束测深系统一直依赖于引进，严重制约了沿岸水深的全覆盖测量和内陆水域的全覆盖测量。目前，浅水多波束测深技术已经实现突破，采用多脉冲发射技术和双条幅检测技术，实现了高密度信号的采集和处理。采用Ｄｏｌｐｈ－Ｔｃｈｅｂｙｓｈｅｖ屏蔽技术，减少了垂直航迹方向的旁瓣效应。其产品已推广应用。深水多波束测深系统、侧扫声呐和浅底层剖面仪正在研制中。
2.4海底地形反演方法取得进展
除了利用单波束测深仪、多波束测深系统和机载激光测深系统实施海底地形测量外，利用卫星测高数据反演大尺度海底地形也是海洋测量领域研究的热点问题。其反演方法除了传统的匹配滤波法和线性回归法，国内学者又改进和发展了新的反演方法。其中基于地壳密度差的重力地质法更加适宜于利用卫星测高重力异常反演海底地形。其将重力异常划分为长波参考场和短波残差场，前者由已知海水深度和重力异常的控制点计算，后者在待求点上用重力异常减去长波重力异常得到短波分量，然后根据短波分量来反演海水的深度。这种方法能够获得比ＥＴＯＰＯ１模型更高的精度。
2.5海底地形产品更加多样化
海洋测量成果的主要产品形式一直以纸质航海图为主，兼有航海书表等产品。海洋经济的发展、国防建设和科学研究的需要促进了海底地形产品的多样化、服务保障的网络化、覆盖区域的全球化。海底地形测量成果除了用于编制出版纸质航海图外，还用于编制出版各种格式的数字航海图以及数字海底地形模型ＤＥＭ（或者数字水深模型ＤＤＭ）。通过基准转换、增删部分要素或者与其他相关的要素叠加，编制出版不同用途的专题海图（海底地形图、海底地质图等）。
2.6多波束测深数据处理更加精细化
主要表现为：声线弯曲改正方法不断改进，一是提高了声线弯曲改正的精度，二是提高了声速剖面的代表性。为了对声速传播的路径和速度大小进行跟踪，先后出现了常声速声线跟踪法、常梯度声线跟踪法、声线跟踪误差修正法和等效声速剖面法。为了将实测声速剖面和经验声速剖面相结合，又提出了经验正交函数（ＥＯＦ）法。为了实现相邻条带的拼接，削弱“哭脸”与“笑脸”现象，除了简单的取平均法、人工调差法、两步平差法，国内学者还提出了以中央波束为控制条件的条带拼接方法，取得了较好的效果。在异常数据探测方面，主要采用人机交互式编辑和自动编辑的方法，前者是人工对每一ｐｉｎｇ的数据或者对海底三维立体模型数据进行检查，以发现异常数据。后者是利用加权平均、统计分析、中值滤波、抗差估计、趋势面滤波、ＣＵＢＥ滤波等数学方法发现异常数据，或者直接删除（用于建立ＤＥＭ时），或者再由人工予以确认（用于出版海图时），以免出现纳伪或弃真的现象。
结论
海洋测量的各类标准将更加完备，最终会形成军民融合、衔接兼容、协调互补的海洋测绘标准体系。随着国家专项的实施，覆盖中国近海的海洋测量基础设施体系建设受到格外重视，相关的专业检定场建设和水陆一体化基准建设将取得突破。
参考文献：
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[2]郑一，岳军，纪乃华，施国全，韦俊霞.基于PAADCP的海流流速的误差分析及校正方法[J].海洋科学，2013，05：81-86.
论文作者:张江山
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/8
标签：测量论文; 海洋论文; 地形论文; 海底论文; 大地论文; 波束论文; 重力论文; 《基层建设》2018年第19期论文;